DE102009049932B4

DE102009049932B4 - Vorrichtung und Verfahren zur interferometrischen Schwingungsmessung an einem Objekt

Info

Publication number: DE102009049932B4
Application number: DE102009049932.6A
Authority: DE
Inventors: Dr. Rembe Christian; Dr. Dräbenstedt Alexander; Michael Gartner; Mike Herberich; Andreas Leonhardt
Original assignee: Polytec GmbH
Current assignee: Polytec GmbH
Priority date: 2009-10-19
Filing date: 2009-10-19
Publication date: 2016-04-07
Anticipated expiration: 2029-10-20
Also published as: US8913247B2; GB201017584D0; JP2011085589A; US20110090508A1; JP5455238B2; GB2474585B; FR2951537B1; GB2474585A; CN102042866A; DE102009049932A1; FR2951537A1

Abstract

Vorrichtung zur interferometrischen Schwingungsmessung an einem Objekt (8), umfassend eine Strahlungsquelle (1) zur Erzeugung eines Ursprungsstrahls, einen ersten Strahlteiler (3), welcher Strahlteiler im Strahlengang des Ursprungsstrahls angeordnet ist, zur Aufteilung des Ursprungsstrahls in einen Mess- und einen Referenzstrahl (4, 5), einen Detektor und eine Fokussiereinrichtung (9), wobei die Vorrichtung derart ausgeführt ist, dass der von dem Objekt (8) zumindest teilweise reflektierte Messstrahl (4) und der Referenzstrahl (5) auf einer Detektionsfläche des Detektors (10) überlagert sind und die Fokussiereinrichtung (9) im Strahlengang des Messstrahls angeordnet ist zur Fokussierung des Messstrahls (4) auf einen Messpunkt (7) auf dem Objekt (8), dass mittels der Vorrichtung ein der Messstrahl (4) mit einer Wellenlänge größer 1100 nm erzeugbar ist, dass die Vorrichtung zusätzlich eine Bildeinheit (12) umfasst, zur flächigen Abbildung zumindest eines den Messpunkt (7) umgebenden Teilbereiches des Objektes (8), darüber hinaus gilt, dass die Fokussiereinrichtung (9) im Strahlengang zwischen Bildeinheit (12) und Objekt (8) angeordnet und derart ausgebildet ist, dass der Fokus des Messstrahls (4) in der Fokusebene der Bildeinheit (12) liegt und die Fokussiereinrichtung (9) ausgebildet ist zur simultanen Verschiebung des Fokuspunktes des Messstrahls (4) und der Fokusebene der Bildeinheit (12), und dass die Bildeinheit (12) ausgebildet ist zur für einen Benutzer optisch sichtbaren Abbildung des Teilbereiches des Objekts (8) im sichtbaren Wellenlängenbereich.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur interferometrischen Schwingungsmessung an einem Objekt gemäß Anspruch 1 sowie ein derartiges Verfahren gemäß Anspruch 10.
Es ist bekannt, Schwingungen an einem Objekt berührungslos mittels eines Interferometers, beispielsweise eines Laser-Doppler-Interferometers zu messen. Ein typisches solches Interferometer umfasst eine Strahlungsquelle, einen Strahlteiler und einen Detektor.
Hierbei wird ein von der Strahlungsquelle erzeugter Ursprungsstrahl mittels des Strahlteilers in einen Mess- und einen Referenzstrahl aufgeteilt. Der Messstrahl wird auf einen Messpunkt auf dem Objekt geleitet und der zumindest teilweise von dem Objekt reflektierte Messstrahl wird mit dem Referenzstrahl auf einer Detektionsfläche des Detektors überlagert, so dass mittels des Detektors ein Überlagerungs- oder Interferenzsignal zwischen Mess- und Referenzstrahl messbar ist.
Durch die Bewegung oder Schwingung der Objektoberfläche wird die Frequenz des Messstrahls beeinflusst, so dass aus dem Überlagerungssignal von Mess- und Referenzstrahl auf die Bewegung des Objektes, insbesondere die Schwingungsfrequenz der Objektoberfläche rückgeschlossen werden kann.
Die Strahlungsquelle muss hierbei monochromatische Strahlung erzeugen oder zumindest Strahlung mit einer hinreichend großen Kohärenzlänge. Typischerweise werden Laser als Strahlungsquellen verwendet.
Weiterhin ist es bekannt, im Strahlengang des Messstrahls eine Fokussiereinrichtung anzuordnen, mittels derer der Messstrahl auf den Messpunkt auf dem Objekt fokussiert wird.
US 2009/0046296 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung von Laser-Doppler-Vibrometrie in zwei Dimensionen. Mittels einer Lichtleitfaser wird ein Laserstrahl zu einer Matrix-Laser-Vibrometer-Sonde geleitet und für mehrere Ortspunkte von einer zu vermessenden Probe reflektierte Laserstrahlung mittels des Faserkabels zu einer Detektoranordnung geleitet.
US 6,134,006 beschreibt eine Vorrichtung und eine Methode zur Charakterisierung eines Vibrationsbildes eines Messobjekts. Hierzu werden mindestens zwei Wellenfronten bereitgestellt, wobei mindestens eine der Wellenfronten durch Interaktion mit dem schwingenden Objekt moduliert wird. Die andere Wellenfront wird derart moduliert, dass die Differenzfrequenz zwischen den beiden Wellenfronten in einem Detektionsbereich eines Abtastmediums liegt.
US 2006/0262319 A1 beschreibt einen Vibrationssensor, welcher mittels einer Kamera ortsaufgelöst Vibrationsmessungen an vielen ortsverschiedenen Messpunkten auf einem Messobjekt ermöglicht.
US 6,545,762 B2 beschreibt ein Verfahren zur Vibrationsmessung an einem Objekt. Mittels eines Strahlteilers wird ein Laserstrahl geteilt, wobei ein Teil auf das zu vermessende Objekt auftritt und mit dem anderen Teil zur Interferenz gebracht wird. Das Interferenzsignal wird aufbereitet, um Einflüsse aufgrund einer der Schwingung überlagerten Bewegung des Messobjekts zu eliminieren.
WO 2009/044387 A2 beschreibt ein Mehrpunkt-Laser-Doppler-Vibrometer, bei dem Licht einer Laserdiode mittels einer Linse aufgeweitet wird und über eine optische Halogrammeinheit auf ein zu vermessendes Objekt abgebildet wird. Das virtuelle, holographisch rekonstruierte Bild der zu vermessenden Oberfläche wird über eine Linse auf eine Kamera abgebildet.
DE 10 2006 003 877 B4 beschreibt ein Vibrometer, umfassend eine Strahlungsquelle für kohärente Strahlung, einen Strahlteiler zur Zerlegung des Ausgangsstrahls der Strahlungsquellen, einen Messstrahl zur Beobachtung eines schwingenden Objekts und einen Referenzstrahl, eine Strahlführungseinrichtung zur Überlagerung der Mess- und Referenzstrahlen sowie einen Detektor zur Zeit- und/oder ortsaufgelösten Aufnahme der Überlagerungsmuster. Im Strahlengang des rücklaufenden Messstrahls ist ein Mikrospiegelraster angeordnet. Weiterhin umfasst das Vibrometer eine Empfangsoptik zur Abbildung des schwingenden Objekts auf das Mikrospiegelraster und eine Abbildungsoptik zur Abbildung des Mikrospiegelrasters auf den Detektor.
In LI, W.H. et al.: Remote voice acquisition in multimodal surveillance. In: ICME 2006, 2006, S. 1649–1652 wird die Stimmerkennung durch Verwendung eines Laser-Doppler-Vibrometers beschrieben.
In NGOI, B.K.A. & VENKATAKRISHNAN, K: Scanning loser vibrometer for dynamic study of small features. In: Opt. Eng., 2000, Band 39 (11), S. 2995–3000 wird ein scannendes Laservibrometer beschrieben.
Üblicherweise wird bei der interferometrischen Schwingungsmessung ein durch einen Laser erzeugter Messstrahl mit einer Wellenlänge im sichtbaren Bereich, d. h. im Wellenlängenbereich zwischen 380 nm und 750 nm verwendet. Hierbei besteht grundsätzlich Verletzungsgefahr, insbesondere für das menschliche Auge. Daher sind erhöhte Sicherheitsvorkehrungen notwendig, oder es muss ein Laser mit geringer Leistung, beispielsweise ein Laser der Klasse 1 mit einer Leistung kleiner 25 μW verwendet werden. Dies wirkt sich nachteilig aus durch Einschränkung des Anwendungsbereiches, die aufgrund der Sicherheitsvorkehrungen entstehenden Kosten und/oder eine Verschlechterung der Qualität der Messsignale (insbesondere des Signal-Rausch-Verhältnisses) aufgrund geringer Laserleistung und damit geringer Intensität des Messstrahls.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorbekannte Vorrichtung und das vorbekannte Verfahren zur interferometrischen Schwingungsmessung an einem Objekt hinsichtlich der Handhabung durch den Benutzer zu verbessern, insbesondere den Anwendungsbereich zu erweitern ohne dass erhöhte Sicherheitsvorkehrungen notwendig sind. Weiterhin soll die Ausrichtung und/oder Fokussierung des Messstrahls vereinfacht werden.
Gelöst ist diese Aufgabe durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 10. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung finden sich in den Ansprüchen 2 bis 9 und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens finden sich in den Ansprüchen 11 bis 14.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur interferometrischen Schwingungsmessung an einem Objekt umfasst eine Strahlungsquelle zur Erzeugung eines Ursprungsstrahls, einen ersten Strahlteiler zur Aufteilung des Ursprungsstrahls in einen Mess- und einen Referenzstrahl, einen Detektor und eine Fokussiereinrichtung.
Die Vorrichtung ist derart ausgeführt, dass wie bei den vorbekannten Interferometern der Messstrahl auf einen Messpunkt auf dem Objekt leitbar ist und der von dem Objekt zumindest teilweise reflektierte Messstrahl und der Referenzstrahl auf einer Detektionsfläche des Detektors überlagert sind. Aus den Messsignalen des Detektors lässt sich somit die Schwingungsfrequenz der Oberfläche des Objektes am Messpunkt bestimmen.
Die Fokussiereinrichtung ist im Strahlengang des Messstrahls angeordnet und derart ausgeführt, dass der Messstrahl auf den Messpunkt auf dem Objekt fokussierbar ist.
Wesentlich ist, dass mittels der Vorrichtung ein Messstrahl mit einer Wellenlänge größer 1100 nm erzeugbar ist und dass die Vorrichtung zusätzlich eine Bildeinheit umfasst, zur flächigen Abbildung zumindest eines den Messpunkt umgebenden Teilbereiches des Objektes und die Fokussiereinrichtung weiterhin im Strahlengang zwischen Bildeinheit und Objekt angeordnet ist. Die Fokussiereinrichtung ist derart ausgebildet, dass der Fokus des Messstrahls etwa in der Fokusebene der Bildeinheit liegt und mittels der Fokussiereinrichtung der Fokuspunkt des Messstrahls und die Fokusebene der Abbildungseinheit simultan verschiebbar sind.
Ein wesentlicher Unterschied zu den vorbekannten Vorrichtungen liegt somit darin, dass der Messstrahl eine Wellenlänge größer 1100 nm aufweist, d. h. insbesondere ist der Messstrahl für das menschliche Auge nicht sichtbar. Hierdurch ergeben sich die Vorteile, dass Messungen an einem Objekt von dem menschlichen Auge nicht wahrgenommen werden und dass hohe Intensitäten des Messstrahls bei verglichen mit der Verwendung von Messstrahlen im sichtbaren Bereich geringeren Sicherheitsvorkehrungen möglich sind.
Durch die Verwendung eines für das menschliche Auge nicht sichtbaren Messstrahls ist jedoch die Einstellung der gewünschten Messbedingungen, insbesondere die Ausrichtung des Messstrahls auf einen gewünschten Messpunkt auf dem Objekt erschwert, da der Benutzer nicht unmittelbar durch optische Kontrolle die Ausrichtung des Messstrahls überprüfen kann.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung verläuft daher sowohl der Strahlengang des Messstrahls als auch der Strahlengang zwischen Bildeinheit und Objekt über die Fokussiereinrichtung, d. h. beide Strahlengänge durchlaufen zumindest teilweise dieselben zur Fokussiereinrichtung gehörenden optischen Komponenten.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist somit gewährleistet, dass der Fokus des Messstrahls etwa in der Fokusebene der Bildeinheit liegt und entsprechend führt eine Verschiebung der Fokusebene der Bildeinheit mittels der Fokussiereinrichtung simultan zu einer entsprechenden Verschiebung des Fokuspunktes des Messstrahls.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur interferometrischen Schwingungsmessung an einem Objekt mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst folgende Schritte:
Mittels der Strahlungsquelle wird ein Ursprungsstrahl erzeugt, welcher mittels eines ersten Strahlteilers in einen Referenz- und einen Messstrahl aufgeteilt wird. Der Referenzstrahl wird mit dem zumindest teilweise von dem Objekt reflektierten Messstrahl auf der Detektionsfläche des Detektors überlagert. Weiterhin wird der Messstrahl mittels der Fokussiereinrichtung auf den Messpunkt auf dem Objekt fokussiert. Der Messstrahl weist eine Wellenlänge größer 1100 nm auf.
Weiterhin wird mittels der Bildeinheit ein den Messpunkt umgebender Teilbereich des Objektes flächig abgebildet, wobei die Bildeinheit ebenfalls mittels der Fokussiereinrichtung auf den Teilbereich fokussiert wird.
Die Bildeinheit ist derart ausgeführt, dass der Teilbereich im sichtbaren Bereich (Wellenlängenbereich 380 nm bis 750 nm) oder zumindest einem Teilbereich hiervon flächig abbildbar ist, bzw. mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Bildbereich im sichtbaren Bereich oder zumindest einem Teilbereich hiervon flächig abgebildet. Hierdurch ist die optische Kontrolle durch den Benutzer in einfacher Weise möglich.
Da der Fokus des Messstrahls stets etwa in der Fokusebene der Bildeinheit liegt, bewirkt die Fokussierung der Bildeinheit auf den Teilbereich mittels der Fokussiereinrichtung simultan die zumindest näherungsweise Fokussierung des Messstrahls auf den Messpunkt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren weisen somit den Vorteil auf, dass die Ausrichtung und die Fokussierung des für das menschliche Auge nicht sichtbaren Messstrahls für einen Benutzer erheblich vereinfacht werden:
Durch optische Kontrolle des mittels der Bildeinheit abgebildeten den Messpunkt umgebenden Teilbereiches des Objektes kann der Benutzer in einfacher Weise den Messstrahl ausrichten, da er unmittelbar den den Messpunkt umgebenden Teilbereich überprüfen kann. Ebenso ist eine „Scharfstellung” in einfacher Weise wie bei fotografischen Kameras oder Videokameras bekannt möglich, indem der Benutzer durch optische Kontrolle des abgebildeten Teilbereiches eine Fokussierung der Bildeinheit auf den Teilbereich vornimmt und hierdurch simultan eine Fokussierung des Messstrahls auf den Messpunkt erzielt wird.
Die Ausrichtung und Fokussierung des Messstrahls ist somit möglich, ohne dass beispielsweise die Entfernung zwischen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem zu vermessenden Objekt bekannt sein muss. Ebenso ist die Durchführung der Messung auf dem Objekt für das menschliche Auge nicht sichtbar, da weder der nicht sichtbare Messstrahl noch das Abbilden des Teilbereiches für das menschliche Auge an dem zu vermessenden Objekt erkennbar sind.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren weisen weiterhin den Vorteil auf, dass die Bildeinheit nicht hinsichtlich des Messstrahls empfindlich ausgebildet sein muss. Denn aufgrund der Korrelation des abgebildeten Teilbereiches und des Messpunktes hinsichtlich der Ausrichtung und der Fokussierung ist es nicht notwendig, dass der Messstrahl bzw. der Messpunkt an sich für den Benutzer durch die Bildeinheit sichtbar gemacht wird. Insbesondere können herkömmliche Bildeinheiten zur Abbildung im sichtbaren Bereich verwendet werden und es ist nicht notwendig, kostenintensive Bildeinheiten zu verwenden, die auch im Wellenlängenbereich größer 1100 nm sensibel sind, wie beispielsweise InGaAs-Sensoren.
Vorzugsweise ist die Strahlungsquelle derart ausgebildet, dass ein Ursprungsstrahl mit einer Wellenlänge größer 1100 nm erzeugbar ist, d. h. mittels der Strahlungsquelle wird ein Ursprungsstrahl mit einer Wellenlänge größer 1100 nm erzeugt. Hierdurch ist auf einfache Weise gewährleistet, dass auch der Messstrahl eine Wellenlänge größer 1100 nm aufweist.
Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Vorrichtung derart ausgeführt, dass der Fokus des Messstrahls stets genau in der Fokusebene der Bildeinheit liegt, bzw. mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Messstrahl simultan genau auf den Messpunkt fokussiert. Aufgrund der technischen Gegebenheiten (Fertigungstoleranzen etc.) der verwendeten optischen Komponenten kann es jedoch zu geringfügigen Abweichungen kommen.
Vorteilhafterweise umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung einen zweiten Strahlteiler, der im Strahlengang des Messstrahls zwischen Fokussiereinrichtung und Detektor und im Strahlengang der Bildeinheit zwischen Fokussiereinrichtung und Bildeinheit angeordnet ist. Der Strahlteiler ist derart angeordnet und ausgebildet, dass für Strahlung im sichtbaren Bereich im Strahlengang zwischen Fokussiereinrichtung und Bildeinrichtung ein Intensitätsverlust kleiner 50% vorliegt und bei dem Messstrahl im Strahlengang zwischen Fokussiereinrichtung und Detektionsfläche des Detektors ein Intensitätsverlust ebenfalls kleiner 50% vorliegt. In dieser vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt somit eine Strahlaufteilung derart, dass mittels des zweiten Strahlteilers zumindest im sichtbaren Bereich die Strahlung ausgehend von der Fokussiereinrichtung mit einer Strahlungsintensität über 50% auf die Bildeinheit und der von dem Objekt reflektierte Messstrahl ausgehend von der Fokussiereinrichtung mit einer Strahlungsintensität von ebenfalls über 50% auf die Detektionsfläche des Detektors geleitet wird.
Es erfolgt somit eine Aufteilung der Strahlung innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgehend von der Fokussiereinrichtung derart, dass der Messstrahl zumindest überwiegend auf den Detektor und die sichtbare Strahlung zumindest überwiegend auf die Bildeinheit geleitet wird. Hierdurch wird insbesondere auf der Detektionsfläche des Detektors, ebenso auch bei der Bildeinheit eine hohe Intensität hinsichtlich der relevanten Strahlung erzielt, so dass bessere Messergebnisse (insbesondere ein besseres Signal-/Rauschverhältnis) bzw. eine bessere Bildqualität erzielt werden. Insbesondere ist es vorteilhaft, dass der genannte Intensitätsverlust sowohl bei der Strahlung im sichtbaren Bereich, als auch hinsichtlich des Messstrahls kleiner 30% ist, d. h. dass mittels des zweiten Strahlteilers die Strahlen zumindest im sichtbaren Bereich hinsichtlich der Strahlungsintensität mit über 70% auf die Bildeinheit und der von dem Objekt reflektierte Messstrahl hinsichtlich der Strahlungsintensität zu über 70% auf den Detektor geleitet werden.
Vorzugsweise ist der zweite Strahlteiler als dichroitischer Strahlteiler ausgebildet. Insbesondere ist eine Ausbildung derart vorteilhaft, dass im sichtbaren Bereich hinsichtlich der Strahlungsintensität mindestens 50% der Strahlung den zweiten Strahlteiler passieren und der zweite Strahlteiler hinsichtlich der Strahlungsintensität für den Messstrahl mindestens zu 50% reflektiert. Insbesondere ist eine Durchlässigkeit für Strahlung im sichtbaren Bereich zu mindestens 70% hinsichtlich der Strahlungsintensität und eine Reflexion für den Messstrahl hinsichtlich der Strahlungsintensität zu mindestens 70% vorteilhaft.
Durch die Ausführung des zweiten Strahlteilers als dichroitischer Strahlteiler kann in einfacher Weise die gewünschte Auftrennung der Strahlung hinsichtlich von Strahlung im sichtbaren Bereich einerseits und dem Messstrahl andererseits realisiert werden.
Vorteilhafterweise ist die Bildeinheit derart ausgebildet, dass auf dem mittels der Bildeinheit abgebildeten Teilbereich des Objektes ein Zielzeichen, vorzugsweise ein Zielkreuz am Ort des Messpunktes darstellbar ist. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird vorteilhafterweise mittels der Bildeinheit ein Zielelement, insbesondere ein Zielkreuz, auf dem Abbild des Teilbereiches des Objektes an dem Ort des Messpunktes dargestellt.
Hierdurch wird in einfacher Weise dem Benutzer auf dem Abbild des Teilbereiches des Objektes der Ort des Messpunktes angezeigt und somit in einfacher Weise eine exakte Positionierung des Messpunktes auf dem zu vermessenden Objekt ermöglicht.
Die Darstellung des Zielzeichens kann dadurch erreicht werden, dass im Strahlengang zwischen Objekt und Bildeinheit optische Komponenten zur Abbildung eines Zielzeichens auf der Bildeinheit angeordnet sind. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Zielzeichens jedoch dadurch erzeugt, dass die Bildsignale der Bildeinheit entsprechend ergänzt und/oder abgeändert werden, dass das Zielzeichen bei Darstellung der Bildsignale, beispielsweise auf einem Monitor, ersichtlich ist. In dieser vorteilhaften Ausführungsform wird somit ein virtuelles Zielzeichen durch Änderung/Ergänzung der Bildsignale erzeugt.
Insbesondere ist es vorteilhaft, dass Zielzeichen in hohem Helligkeitskontrast zu dem das Zielzeichen umgebenden Bildbereich auszubilden. Vorteilhafterweise wird ein Mittelwert der Helligkeitswerte der das Zielzeichen umgebenden Bildpunkte ermittelt und das Zielzeichen wird in heller Farbe, insbesondere weiß, dargestellt, wenn der Mittelwert unter einem vorgegebenen Schwellwert Liegt und das Zielzeichen wird in dunkler Farbe, insbesondere schwarz, dargestellt, wenn der Mittelwert über einem vorgegebenen Schwellwert liegt.
Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine mit dem Detektor verbundene Auswerteeinheit zur Verstärkung und/oder Modifizierung der Messsignale des Detektors auf und die Auswerteeinheit ist derart ausgebildet, dass die am Messpunkt mittels des Detektors im hörbaren Frequenzbereich oder Teilbereichen hiervon gemessenen Schwingungen des Objektes akustisch ausgebbar sind.
Die akustische Ausgabe erfolgt vorzugsweise derart, dass die Vorrichtung die Schwingungen im hörbaren Frequenzbereich in Form von elektrischen Schwingungen ausgibt, so dass mittels üblicher Lautsprecher oder Kopfhörer eine akustische Ausgabe erfolgen kann.
In dieser vorzugsweisen Ausführungsform ist somit eine akustische Wiedergabe der am Ort des Messpunktes auf dem Objekt vorliegenden Schwingungen in einfacher Weise möglich. Hierdurch sind beispielsweise Schallwellen am Ort oder im Bereich des zu vermessenden Objektes, welche das Objekt in entsprechende Schwingungen versetzen, durch einen Benutzer über die akustische Ausgabe der erfindungsgemäßen Vorrichtung hörbar.
Vorzugsweise weist die Auswerteeinheit eine Pegelanzeige auf, zur Wiedergabe der Intensität des Messsignals des Detektors, insbesondere zur Wiedergabe eines mit der Schwingungsamplitude des Objektes am Ort des Messpunktes korrelierenden Pegels. Hierdurch erhält der Benutzer zusätzlich eine optische Kontrolle über die Schwingung des Objektes am Ort des Messpunktes, insbesondere über die Intensität der Schwingung. Dies ermöglicht dem Benutzer eine Feinjustierung der Fokussierung derart, dass die Intensität des Messsignals, d. h. der mittels der Pegelanzeige ersichtliche Signalpegel durch Feinjustierung der Fokussierung maximiert wird.
Vorzugsweise umfasst die Auswerteeinheit einen Multifrequenzfilter (equalizer), zur wahlweise vorgebbaren Reduzierung von mehreren Frequenzbereichen. Solche Multifrequenzfilter sind an sich bekannt und werden beispielsweise bei Geräten zur Wiedergabe von Musik eingesetzt, um unterschiedliche Frequenzbereiche um jeweils wahlweise vorgebbare Faktoren zu dämpfen, d. h. die Intensität des Signals in dem jeweiligen Frequenzbereich um einen wahlweise vorgebbaren Faktor zu reduzieren.
In dieser vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung können somit Störeffekte unterdrückt werden, indem die Frequenzbereiche, indenen die Störeffekte maßgeblich auftreten, ganz oder stärker unterdrückt werden im Vergleich zu den übrigen Frequenzbereichen. Insbesondere ist es vorteilhaft, dass der Multifrequenzfilter eine Speichereinheit umfasst und in der Speichereinheit mehrere Filterparametersätze abgespeichert sind, wobei die Filterparametersätze für jeden Frequenzbereich einen entsprechenden Reduzierungsfaktor beinhalten. Der Multifrequenzfilter ist derart ausgeführt, dass die Filterparametersätze wahlweise durch einen Benutzer auswählbar sind und eine dem ausgewählten Filterparametersatz entsprechende Modifizierung des von der Auswerteeinheit ausgegebenen Signals erfolgt.
Hierdurch ist es möglich, beispielsweise für unterschiedliche Objektmaterialien optimierte Filterparametersätze in der Speichereinheit vorzusehen, so dass der Benutzer eine optimale Wiedergabe von am Ort des Objektes vorherrschenden Schallwellen unabhängig von Materialeigenschaften des Objektes durch eine Auswahl des dem entsprechenden Material zugeordneten Filterparametersatzes erhält.
Die Bildeinheit dient wie zuvor beschrieben zur Abbildung zumindest eines Teilbereiches des zu vermessenden Objektes, wobei der Messpunkt innerhalb des Teilbereiches liegt. Grundsätzlich ist die Ausbildung der Bildeinheit nach Art eines optischen Teleskops oder Fernrohres möglich. Vorteilhafterweise ist die Bildeinheit jedoch als fotografische Kamera und/oder Videokamera ausgebildet, insbesondere als digitale Kamera.
Die Bildeinheit umfasst daher vorzugsweise einen digitalen flächigen Aufnahmesensor, vorzugsweise einen bei digitalen Kameras bekannten optischen CCD-Sensor oder einen auf CMOS-Technologie basierenden optischen Sensor. Die Vorrichtung ist derart ausgebildet, dass der Teilbereich des Objektes über die Fokussiereinrichtung und gegebenenfalls weitere optische Komponenten auf den digitalen Bildsensor abgebildet wird.
Weiterhin weist die Abbildungseinheit vorzugsweise eine Anzeigeeinheit zur Darstellung des mittels des digitalen Bildsensors aufgenommen Teilbereiches auf und/oder einen Anschluss zum Anschließen einer Bildanzeigevorrichtung wie eines Bildschirms und/oder einer Bildschirmbrille.
Hierdurch ist in einfacher und kastengünstiger Weise eine optische Darstellung des Teilbereiches des Objektes insbesondere unter Verwendung handelsüblicher Komponenten wie beispielsweise LCD-Bildschirmen oder LCD-Bildschirmbrillen möglich.
Vorteilhafterweise werden die Bildsignale der Bildeinheit durch die zuvor beschriebene Auswerteeinheit derart bearbeitet, dass sie auf üblichen Anzeigegeräten wie Bildschirmen (Monitoren) und/oder Bildschirmbrillen darstellbar sind. Insbesondere wird mittels der Auswerteeinheit vorzugsweise ein virtuelles Zielzeichen hinzugefügt, wie zuvor beschrieben.
Wie zuvor beschrieben ist die erfindungsgemäße Vorrichtung derart ausgebildet, dass der Messpunkt innerhalb des Teilbereiches liegt und eine Verschiebung des Teilbereiches zu einer entsprechenden Verschiebung des Messpunktes führt, so dass die relative Lage des Messpunktes innerhalb des Teilbereiches unverändert ist. Vorzugsweise liegt der Messpunkt in etwa mittig innerhalb des auf die Bildeinheit abgebildeten Teilbereiches des Objektes.
Eine Ausrichtung von Teilbereich und Messpunkt kann derart erfolgen, indem der Benutzer die gesamte erfindungsgemäße Vorrichtung bewegt und bzw. dreht und/oder verkippt. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, dass die Vorrichtung optische Ablenkmechanismen wie beispielsweise Drehspiegel aufweist, welche sowohl im Strahlengang zwischen Objekt und Bildeinheit, als auch im Strahlengang des Messstrahls angeordnet sind, so dass simultan der Teilbereich und der Messpunkt auf dem Objekt verschiebbar sind, ohne dass sich die Lage des Messpunktes bezogen auf den Teilbereich ändert. Vorzugsweise erfolgt die Verschiebung wahlweise in zwei senkrecht zueinander stehenden Raumrichtungen.
Eine besonders robuste und einfache vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird erzielt, indem die gesamte Vorrichtung in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet ist und die Ausrichtung durch eine entsprechende Drehung und/oder Verkippung des Gehäuses erfolgt und keine Ablenkmechanismen vorgesehen sind. So kann nach Art einer Videokamera die erfindungsgemäße Vorrichtung auf einem Stativ mittels eines Schwenk- und Neigungskopfes angeordnet sein, so dass wie bei Videokameras bekannt, eine Ausrichtung von Teilbereich und Messpunkt auf dem Objekt durch Drehen und/oder Verschwenken der Vorrichtung erfolgt.
In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung zusätzlich ein optisches Teleskop, welches mit der Vorrichtung verbunden und derart angeordnet ist, dass das Sichtfeld des Teleskops den Messpunkt umfasst, insbesondere, dass der Messpunkt etwa mittig im Sichtfeld des Teleskops liegt. Weiterhin ist das Teleskop vorzugsweise derart ausgebildet, dass das Sichtfeld des Teleskops wesentlich größer ist als der auf die Bildeinheit abgebildete Teilbereich des Objektes.
Zur Ausrichtung des Teilbereiches und des Messstrahls kann in dieser vorteilhaften Ausführungsform somit zunächst eine Grobausrichtung mittels des Teleskops erfolgen, da das Sichtfeld des Teleskops einen wesentlich größeren Bereich abdeckt, verglichen mit dem auf die Bildeinheit abgebildeten Teilbereich des Objektes. Hierzu ist es insbesondere vorteilhaft, wenn auch das Teleskop ein Zielelement wie beispielsweise ein Zielkreuz umfasst, welches den Ort des Messpunktes markiert. Die Grabausrichtung erfolgt somit derart, dass der Benutzer durch das Teleskop hindurchblickt und die erfindungsgemäße Vorrichtung derart ausrichtet, dass der gewünschte Messpunkt mittig im Sichtfeld des Teleskops liegt bzw. das Zielzeichen auf den gewünschten Messpunkt ausrichtet. Anschließend führt der Benutzer eine Feinausrichtung durch, indem er durch Betrachten des auf die Bildeinheit abgebildeten Abbildes des Teilbereiches des Objektes (beispielsweise über eine Bildanzeige oder eine Bildschirmbrille) die Vorrichtung hinsichtlich der Ausrichtung gegebenenfalls nachjustiert. Die Feinjustierung ist insbesondere dann genau ausführbar, wenn auch mittels der Bildeinheit ein Zielzeichen am Ort des Messpunktes für den Benutzer dargestellt wird.
Die Fokussierung erfolgt vorzugsweise derart, dass in einem Verfahrensschritt F1 eine Fokussierung auf zumindest den Teilbereich des Messobjektes erfolgt, wobei während der Fokussierung wiederholt das Abbild des Teilbereiches auf der Bildeinheit mittels einer Anzeigeeinheit wiedergegeben wird (wie beispielsweise einer Bildanzeige oder einer Bildschirmbrille), so dass die Fokussierung durch den Benutzer mittels optischer Kontrolle durchführbar ist. Aufgrund der Kopplung der Fokussierung der Bildeinheit und des Messstrahls erfolgt hierbei zumindest näherungsweise auch eine Fokussierung des Messstrahls auf den Messpunkt.
In einem nachgelagerten Verfahrensschritt F2 (gegebenenfalls unter Zwischenschaltung weiterer Verfahrensschritte) wird in dieser vorzugsweisen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Feinjustierung der Fokussierung des Messstrahls auf den Messpunkt durchgeführt, indem der Signalpegel des Messsignals des Detektors optisch und/oder akustisch ausgegeben wird und/oder die mittels des Detektors gemessene Schwingung des Messpunktes im hörbaren Frequenzbereich ausgegeben wird. Die Feinjustierung erfolgt somit dadurch, dass der Benutzer den Signalpegel maximiert und/oder anhand der akustischen Ausgabe die Feinjustierung vornimmt.
Die zuvor beschriebene Ausrichtung erfolgt vorzugsweise als Verfahrensschritt F0 (gegebenenfalls unter Zwischenschaltung weiterer Verfahrensschritte) vor den Verfahrensschritten F1 und F2.
Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, Ausrichtung und Fokussierung gleichzeitig und in mehreren Teilschritten abwechselnd hintereinander auszuführen.
Die Strahlungsquelle ist vorzugsweise derart ausgeführt, dass sie monochromatische Strahlung erzeugt. Insbesondere ist eine Ausführung der Strahlungsquelle als Laser, vorzugsweise als schmalbandiger Laser mit einer Linienbreite kleiner 2 kHz, im Weiteren vorzugsweise als Erbium-Faser-Laser vorteilhaft.
Die geringe Linienbreite kleiner 2 kHz und vorzugsweise kleiner 500 Hz verringert das Rauschen im Messsignal.
Der Detektor ist vorzugsweise als InGaAs-Detektor ausgebildet.
Die Fokussiereinrichtung weist vorzugsweise mindestens eine verschiebbare Linse und insbesondere vorzugsweise ein Linsensystem mit mindestens einer verschiebbaren Linse auf, so dass durch Verschieben einer oder mehrerer Linsen eine entsprechende simultane Verschiebung sowohl der Fokusebene der Bildeinheit als auch des Fokuspunktes des Messstrahls erfolgt.
Vorzugsweise ist die Strahlungsquelle als Laser ausgebildet, der einen Ursprungsstrahl mit einer Wellenlänge größer 1100 nm erzeugt.
Vorzugsweise erzeugt die Strahlungsquelle einen Ursprungsstrahl im Wellenlängenbereich größer 1500 nm, insbesondere im Wellenlängenbereich zwischen 1500 nm und 1800 nm. Denn in diesem Wellenlängenbereich wird eine Zuordnung zu Laserklasse 1 erreicht, wenn die Leistung des Messstrahls 10 mW nicht überschreitet. Hierdurch ist einerseits eine hohe Güte des Messsignals (insbesondere ein gutes Signal-Rausch-Verhältnis) möglich und andererseits sind gemäß der Zuordnung zu Laserklasse 1 nur geringe Sicherheitsvorkehrungen bei Herstellung und Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens zu beachten, verglichen mit höheren Laserklassen. Die Vorrichtung ist daher bevorzugt derart ausgebildet, dass die Leistung des Messstrahls kleiner 10 mW ist und größer 5 mW vorzugsweise größer 8 mW.
Insbesondere ist vorzugsweise die Strahlungsquelle als Laser ausgebildet, der einen Messstrahl mit einer Wellenlänge von etwa 1550 nm erzeugt.
Die Größe des Messpunktes und des mittels der Bildeinheit abgebildeten Teilbereiches hängt wesentlich von der Ausgestaltung der optischen Komponenten der Vorrichtung, insbesondere von der Ausgestaltung der Fokussiereinrichtung und weiterhin von dem Abstand zwischen Objekt und Fokussiereinrichtung ab. Je größer der Abstand, desto größer sind (jeweils im fokussierten Zustand) Teilbereich und Messpunkt auf dem Objekt. Vorzugsweise ist die Vorrichtung derart ausgebildet, dass Messungen in zumindest einem Abstandsbereich zwischen Objekt und Fokussiereinrichtung von 20 m bis 50 m, bevorzugt von 5 m bis 100 m durchführbar sind.
Die Vorrichtung ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass der Messpunkt auf dem Objekt eine Fläche kleiner 300 mm², insbesondere eine Fläche kleiner 100 mm², bevorzugt kleiner 50 mm² abdeckt, um eine hohe Messgenauigkeit zu erzielen. Insbesondere ist die Vorrichtung vorteilhafterweise derart ausgebildet, dass der Messpunkt auf dem Objekt bei einem Abstand Objekt-Fokussiereinrichtung von etwa 5 m eine Fläche kleiner 0,2 mm², vorzugsweise im Bereich zwischen 0,05 mm² und 0,2 mm² bevorzugt etwa 0,1 mm² bedeckt und/oder bei einem Abstand Objekt-Fokussiereinrichtung von etwa 100 m eine Fläche kleiner 100 mm², vorzugsweise im Bereich zwischen 70 mm² und 30 mm², bevorzugt etwa 50 mm² bedeckt.
Die Vorrichtung ist hinsichtlich des von der Bildeinheit abgebildeten Teilbereiches vorzugsweise derart ausgebildet, dass ein Teilbereich des Objektes abgebildet wird, der größer als der Messpunkt ist, insbesondere eine Fläche größer 50 cm², vorzugsweise größer 100 cm² aufweist, um eine einfache Ausrichtung und Fokussierung zu ermöglichen. Insbesondere ist die Vorrichtung vorteilhafterweise derart ausgebildet, dass der Teilbereich auf dem Objekt bei einem Abstand Objekt-Fokussiereinrichtung von etwa 5 m eine Fläche größer 100 cm², vorzugsweise im Bereich zwischen 100 cm² und 500 cm² bevorzugt etwa 150 cm² bedeckt und/oder bei einem Abstand Objekt-Fokussiereinrichtung von etwa 100 m eine Fläche größer 1 m², vorzugsweise im Bereich zwischen 1 m² und 10 m², bevorzugt etwa 5 m² bedeckt.
Der Messpunkt ist vorzugsweise rund, quadratisch oder rechteckig (insbesondere rechteckig mit einem Grundseiten-Höhenverhältnis größer 1 und kleiner 10, bevorzugt kleiner 5, insbesondere kleiner 2) ausgebildet. Gleiches gilt für den abgebildeten Teilbereich.
Weitere Merkmale und vorzugsweise Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens werden im Folgenden anhand des in 1 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung erläutert.
Das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel umfasst eine als Laser ausgebildete Strahlungsquelle 1, welche einen monochromatischen Ursprungsstrahl 2 mit einer Wellenlänge von 1550 nm und einer Linienbreite kleiner 500 Hz erzeugt. Mittels eines ersten Strahlteilers 3 erfolgt eine Aufspaltung des Ursprungsstrahls 2 in einen Messstrahl 4 und einen Referenzstrahl 5.
Der Messstrahl 4 wird über einen zweiten Strahlteiler 6 auf einen Messpunkt 7 auf einem zu vermessenden Objekt 8 geleitet. Eine Fokussiereinrichtung 9 ist im Strahlengang des Messstrahls 4 zwischen Objekt 8 und zweiten Strahlteiler 6 angeordnet, zur Fokussierung des Messstrahls 4 auf den Messpunkt 7.
Die Fokussiereinrichtung 9 weist eine (nicht dargestellte) parallel zu dem Messstrahl 4 verschiebbare optische Linse auf.
Der von dem Objekt 8 zumindest teilweise reflektierte Messstrahl 4 wird über die Fokussiereinrichtung 9 und den zweiten Strahlteiler 6 auf eine Detektionsfläche des Detektors 10 geleitet und auf dieser mit dem Referenzstrahl 5 überlagert. Die Überlagerung von Mess- und Referenzstrahl erfolgt in an sich bekannter Weise mittels weiterer optischer Komponenten: Ein Spiegel 11 sowie zwei weiterer Strahlteiler 3a und 3b.
Wesentlich ist, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung weiterhin eine als digitale CCD- oder CMOS-Kamera ausgebildete Bildeinheit 12 umfasst. Die Bildeinheit 12 ist derart zusammenwirkend mit der Fokussiereinrichtung 9 und dem zweiten Strahlteiler 6 ausgebildet, dass ein Teilbereich A flächig auf einen CCD-Chip der Bildeinheit 12 abgebildet wird. Zur einfacheren Darstellung ist in 1 lediglich ein mittiger Strahlengang zwischen Teilbereich A und Bildeinheit 12 dargestellt.
Die Fokussiereinrichtung 9 dient somit sowohl zur Fokussierung des Messstrahls 4, als auch zur Fokussierung des auf die Bildeinheit 12 abgebildeten Teilbereiches A. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist derart ausgeführt, dass der Messpunkt 7 mittig in Teilbereich A liegt und dass der Fokuspunkt des Messstrahls etwa in der Fokusebene der Bildeinheit 12 liegt.
Die Vorrichtung gemäß 1 umfasst ferner ein Teleskop 13, welches mit der Vorrichtung verbunden und derart ausgerichtet ist, dass der Messpunkt 7 und der Teilbereich A mittig im Sichtfeld des Teleskops 13 liegen. in 1 ist zur besseren Darstellbarkeit keine maßstabsgetreue Darstellung gewählt, insbesondere ist der Abstand zwischen der Vorrichtung und dem Objekt 8 im Vergleich zu den Ausmaßen der erfindungsgemäßen Vorrichtung stark verkleinert dargestellt. Das Teleskop 13 weist ein im Sichtfeld des Teleskops mittig angeordnetes Zielkreuz auf, welches den Ort des Messpunktes 7 markiert.
Die Vorrichtung gemäß 1 ist auf einem Stativ 14 mittels eines Getriebeneigekopfes 15 montiert.
Die Vorrichtung umfasst ferner eine Auswerteeinheit 16, welche sowohl mit dem Detektor 10, als auch mit der Bildeinheit 12 verbunden ist.
Zur Durchführung einer interferometrischen Schwingungsmessung an dem Messpunkt 7 des Objektes 8 erfolgt zunächst eine Grobausrichtung der Vorrichtung. Hierbei blickt der Benutzer durch das Teleskop 13 und führt mittels des Getriebeneigekopfes 15 Dreh- und/oder Schwenkbewegungen aus, so dass das Zielkreuz im Sichtfeld des Teleskops 1 in etwa auf dem gewünschten Messpunkt 7 auf dem Objekt 8 liegt.
Die Auswerteeinheit 16 weist einen Anschluss zum Anschließen einer Bildschirmbrille auf und gibt entsprechende Bildsignale des CCD-Chips der Bildeinheit 12 auf diesem Anschluss aus. Die Auswerteeinheit 16 ist weiterhin derart ausgebildet, dass zusätzlich zu den Bildsignalen der Bildeinheit 12 ein Zielkreuz ausgegeben wird, welches den Ort des Messpunktes 7 markiert.
Nach Grobausrichtung der Vorrichtung zieht der Benutzer eine an den zuvor genannten Anschluss der Auswerteeinheit 6 angeschlossene Bildschirmbrille auf und kann so in einfacher Weise mittels optischer Kontrolle eine Feinausrichtung zur genauen Positionierung des Messpunktes 7 auf den gewünschten Ortspunkt auf dem Objekt 8 vornehmen.
Die Unterscheidung in die Grob- und Feinausrichtung ergibt sich dadurch, dass das Sichtfeld des Teleskops 13 wesentlich größer ist als der mittels der Bildeinheit 12 dargestellte Teilbereich A. Ebenso ist die erzielbare Tiefenschärfe des Teleskops 13 wesentlich größer als die der Bildeinheit 12 bei Darstellung des Teilbereiches A.
Die Feinausrichtung erfolgt ebenfalls durch Dreh- und/oder Schwenkbewegungen mittels des Getriebeneigekopfes 15.
Nach erfolgter Ausrichtung wird die Fokussierung durchgeführt.
Hierbei erfolgt zunächst eine Grobfokussierung derart, dass der Benutzer mittels der Fokussiereinrichtung 9 die Fokusebene der Bildeinheit 12 derart wählt, dass sie auf der Oberfläche des Objektes 8 im Teilbereich A liegt, d. h. der Benutzer stellt den Teilbereich A scharf.
Anschließend erfolgt eine Feinjustierung der Fokussierung. Hierzu zieht der Benutzer einen mit der Auswerteeinheit 16 verbundenen Kopfhörer auf.
Die Auswerteeinheit 16 ist derart ausgebildet, dass sie die im hörbaren Frequenzbereich liegenden Schwingungen des Messpunktes 7 auf dem Objekt 8 aus den Messsignalen des Detektors 10 ermittelt und entsprechende elektrische Signale an einen Kopfhörerausgang, an dem der vorgenannte Kopfhörer angeschlossen ist, ausgibt.
Schallwellen in der Umgebung des Objektes 8 führen dazu, dass das Objekt 8 in entsprechende Schwingungen versetzt wird, so dass für den Benutzer diese Schallwellen mittels des Kopfhörers hörbar sind.
Der Benutzer kann somit in einfacher Weise mittels akustischer Kontrolle eine Feinjustierung derart vornehmen, dass eine Optimierung der akustisch wiedergegebenen Schallwellen erfolgt, insbesondere eine Maximierung des Schallpegels.
Zur Erhöhung der Messgenauigkeit ist der interferometrische Aufbau der in 1 dargestellten Vorrichtung als heterodynes Interferometer ausgebildet und weist eine Braggzelle 17 auf, mit der ein Frequenzunterschied mittels einer Modulationsfrequenz zwischen Messstrahl 4 und Referenzstrahl 5 erzeugt wird. Die Auswertung der Messsignale des Detektors 10 durch die Auswerteeinheit 16 erfolgt in der bei heterodynen Interferometern bekannter Weise.
Die Vorrichtung gemäß 1 weist weiterhin eine optische Linse 18 auf, welche als Negativlinse ausgebildet ist. Mittels der Linse 18 wird bezüglich des Messstrahls 4 ein virtueller Fokus erzeugt, welcher von der Fokussiereinrichtung 9 auf den Messpunkt 7 des Objektes 8 abgebildet wird.

Claims

Vorrichtung zur interferometrischen Schwingungsmessung an einem Objekt (8), umfassend eine Strahlungsquelle (1) zur Erzeugung eines Ursprungsstrahls, einen ersten Strahlteiler (3), welcher Strahlteiler im Strahlengang des Ursprungsstrahls angeordnet ist, zur Aufteilung des Ursprungsstrahls in einen Mess- und einen Referenzstrahl (4, 5), einen Detektor und eine Fokussiereinrichtung (9), wobei die Vorrichtung derart ausgeführt ist, dass der von dem Objekt (8) zumindest teilweise reflektierte Messstrahl (4) und der Referenzstrahl (5) auf einer Detektionsfläche des Detektors (10) überlagert sind und die Fokussiereinrichtung (9) im Strahlengang des Messstrahls angeordnet ist zur Fokussierung des Messstrahls (4) auf einen Messpunkt (7) auf dem Objekt (8), dass mittels der Vorrichtung ein der Messstrahl (4) mit einer Wellenlänge größer 1100 nm erzeugbar ist, dass die Vorrichtung zusätzlich eine Bildeinheit (12) umfasst, zur flächigen Abbildung zumindest eines den Messpunkt (7) umgebenden Teilbereiches des Objektes (8), darüber hinaus gilt, dass die Fokussiereinrichtung (9) im Strahlengang zwischen Bildeinheit (12) und Objekt (8) angeordnet und derart ausgebildet ist, dass der Fokus des Messstrahls (4) in der Fokusebene der Bildeinheit (12) liegt und die Fokussiereinrichtung (9) ausgebildet ist zur simultanen Verschiebung des Fokuspunktes des Messstrahls (4) und der Fokusebene der Bildeinheit (12), und dass die Bildeinheit (12) ausgebildet ist zur für einen Benutzer optisch sichtbaren Abbildung des Teilbereiches des Objekts (8) im sichtbaren Wellenlängenbereich.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen zweiten Strahlteiler (6) umfasst, welcher im Strahlengang des Messstrahls zwischen Fokussiereinrichtung (9) und Detektor und im Strahlengang der Bildeinheit (12) zwischen Fokussiereinrichtung (9) und Bildeinheit (12) derart angeordnet und ausgebildet ist, dass der Intensitätsverlust der Strahlung im sichtbaren Bereich zwischen Fokussiereinrichtung (9) und Bildeinrichtung kleiner 50% ist und der Intensitätsverlust des Messstrahls zwischen der Fokussiereinrichtung (9) und der Detektionsfläche des Detektors (10) kleiner 50% ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Strahlteiler ein dichroitischer Strahlteiler ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildeinheit (12) und/oder eine mit der Bildeinheit zusammenwirkend ausgestaltete Auswerteeinheit (16) derart ausgebildet sind, dass auf dem mittels der Bildeinheit (12) abgebildeten Teilbereich (A) des Objektes ein Zielzeichen am Ort des Messpunktes darstellbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine mit dem Detektor verbundene Auswerteeinheit (16) zur Verstärkung und/oder Modifizierung der Messsignale des Detektors (10) aufweist und die Auswerteeinheit (16) derart ausgebildet ist, dass die am Messpunkt (7) mittels des Detektors (10) im hörbaren Frequenzbereich oder Teilbereichen hiervon gemessenen Schwingungen des Objektes akustisch ausgebbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (16) eine Pegelanzeige aufweist, zur Wiedergabe der Intensität des Messsignals des Detektors (10).
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (16) einen Multifrequenzfilter (Equalizer) umfasst zur wahlweisen Reduzierung von mehreren Frequenzbereichen.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildeinheit (12) als digitale Kamera ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zusätzlich ein optisches Teleskop (13) umfasst, welches mit der Vorrichtung verbunden und derart angeordnet ist, dass ein Sichtfeld des Teleskops den Messpunkt (7) umfasst.
Verfahren zur interferometrischen Schwingungsmessung an einem Objekt (8) mit einer Vorrichtung gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, folgende Schritte umfassend: – Erzeugen eines Ursprungsstrahls mittels einer Strahlungsquelle (1), – Aufteilen des Ursprungsstrahls in einen Referenz- und einen Messstrahl (5, 4) mittels eines ersten Strahlteilers, – Überlagern des Referenzstrahls und des zumindest teilweise von dem Objekt (8) reflektierten Messstrahls auf einer Detektionsfläche eines Detektors (10), wobei der Messstrahl (4) mittels einer Fokussiereinrichtung (9) auf einen Messpunkt (7) auf dem Objekt (8) fokussiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Vorrichtung der Messstrahl (4) mit einer Wellenlänge größer 1100 nm erzeugt wird, dass zusätzlich zumindest ein den Messpunkt (7) umgebender Teilbereich (A) des Objektes (8) mittels einer Bildeinheit (12) flächig abgebildet wird, wobei die Bildeinheit (12) mittels der Fokussiereinrichtung (9) auf den Teilbereich (A) des Objektes (8) fokussiert wird und die Fokussiereinrichtung (9) derart ausgebildet ist, dass der Fokus des Messstrahls (4) stets etwa in der Fokusebene der Bildeinheit (12) liegt, dass mittels der Fokussiereinrichtung (9) die Bildeinheit (12) auf zumindest den Teilbereich (A) des Objektes (8) fokussiert wird und hierbei simultan der Messstrahl (4) zumindest näherungsweise auf den Messpunkt (7) fokussiert wird, und dass mittels der Bildeinheit (12) der Teilbereich des Objekts (8) im sichtbaren Wellenlängenbereich optisch für einen Benutzer sichtbar abgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines zweiten Strahlteilers im Strahlengang des Messstrahls zwischen Fokussiereinrichtung (9) und Detektor und im Strahlengang der Bildeinheit (12) zwischen Fokussiereinrichtung (9) und Bildeinheit (12) eine Strahlaufteilung derart erfolgt, dass mittels des zweiten Strahlteilers Strahlen zumindest im sichtbaren Bereich hinsichtlich der Strahlungsintensität zu über 50% der Strahlung auf die Bildeinheit (12) und der von dem Objekt (8) reflektierte Messstrahl (4) hinsichtlich der Strahlungsintensität zu über 50% auf den Detektor geleitet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Bildeinheit (12) und/oder mittels einer der Bildeinheit zusammenwirkenden Auswerteeinheit (16) ein Zielelement auf dem Abbild des Teilbereiches des Objektes an dem Ort des Messpunktes dargestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Fokussierung derart erfolgt, dass in einem Verfahrensschritt F1 eine Fokussierung auf zumindest den Teilbereich (A) des Messobjektes erfolgt, wobei während der Fokussierung wiederholt das Abbild des Teilbereiches auf der Bildeinheit (12) mittels einer Anzeigeeinheit wiedergegeben wird, zur Fokussierung durch einen Benutzer mittels optischer Kontrolle, wobei aufgrund der Kopplung der Fokussierung der Bildeinheit (12) und des Messstrahls hierbei zumindest näherungsweise eine Fokussierung des Messstrahls auf den Messpunkt (7) erfolgt und dass in einem Verfahrensschritt F2 eine Feinjustierung der Fokussierung des Messstrahls auf den Messpunkt (7) erfolgt, indem der Signalpegel des Messsignals des Detektors (10) optisch und/oder akustisch ausgegeben wird und/oder die am Messpunkt (7) mittels des Detektors (10) im hörbaren Frequenzbereich oder Teilbereichen hiervon gemessenen Schwingungen des Objektes akustisch ausgegeben werden.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass vor Verfahrensschritt F1 in einem Verfahrenschritt F4 eine Ausrichtung des Messstrahls mittels optischer Kontrolle des Abbildes des Teilbereiches erfolgt.